[实用新型]两轮平衡机器人控制系统

说明书

本实用新型公开了两轮平衡机器人控制系统，包括数据采集模块、机器人控制系统、电机驱动控制模块，所述机器人控制系统包括方向控制子系统，方向控制子系统包括第一角度环PID控制器、第一角速度环PID控制器，第一角度环PID控制器的输入端输入期望转向角度，第一角度环PID控制器输出端与第一角速度环PID控制器输入端连接，第一角速度环PID控制器输出端与电机驱动控制模块连接，数据采集模块分别与第一角度环PID控制器、第一角速度环PID控制器连接，用于分别将电机当前角度送入到第一角度环PID控制器中、将电机当前角速度送入到第一角速度环PID控制器。本实用新型采用串级PID控制的方式控制方向，采用转向角度、角速度两个参数的PID控制，保证了转向的稳定性。

技术领域

本实用新型涉及机器人控制领域，特别涉及一种两轮平衡机器人的控制系统。

背景技术

近年来，两轮平衡机器人的研究在众多发达国家得到迅速发展，对平衡机器人的系统改造让其迅速地应用到众多现实环境中，国外市场也已经推出了众多商业产品并投放市场。两轮自平衡机器人两轮共轴、独立驱动、车身通过运动保持平衡，它对于地形的变化有着很强的适应能力，有着灵活的运动性能，在保持自平衡，还能够在比较复杂的环境里面工作。两轮自平衡机器人是一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合复杂系统，通过运用速度传感器、超声波传感器、倾角传感器、防碰撞开关等，可以实现跟踪、路径规划和自主避障等多种复杂的功能。

但是由于现阶段两轮平衡机器人普遍采用单级PID控制，导致现在的平衡机器人制作设计过程中需要花费大量的时间精力用于算法优化以及控制参数的调节。而由于单级PID控制技术的不足，导致制作出的平衡机器人产品稳定性与抗干扰性欠佳，从而导致现阶段平衡机器人产品难以推广。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种两轮机器人控制系统，采用串级PID控制的方式控制方向，提高稳定性和转向的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：两轮平衡机器人控制系统，包括数据采集模块、机器人控制系统、电机驱动控制模块，所述机器人控制系统包括方向控制子系统，所述方向控制子系统包括第一角度环PID控制器、第一角速度环PID控制器，所述第一角度环PID控制器的输入端输入期望转向角度，所述第一角度环PID控制器输出端与第一角速度环PID控制器输入端连接，所述第一角速度环PID控制器输出端与电机驱动控制模块连接，数据采集模块分别与第一角度环PID控制器输入端、第一角速度环PID控制器的输入端连接，用于分别将电机当前角度送入到第一角度环PID控制器中、将电机当前角速度送入到第一角速度环PID控制器中。

所述机器人控制系统还包括直立控制子系统，所述直立控制子系统包括第二角度环PID控制器、第二角速度环PID控制器，所述第二角度环PID控制器的输入端输入控制姿态的倾角信号，第二角度环PID控制器的输出端连接第二角速度环PID控制器的输入端，第二角速度环PID控制器与电机驱动控制模块连接，数据采集模块分别连接第二角度环PID控制器、第二角速度环PID控制器，用于分别将采集的电机当前姿态的角度信号发送至第二角度环PID控制器中、将当前角速度信号送入到第二角速度控制器中。

所述机器人控制系统还包括速度控制子系统，所述速度控制子系统包括速度PID闭环控制模块、俯仰角闭环控制模块，速度PID闭环控制模块输入信号为设定速度与数据采集模块采集数据之差，其输出端与俯仰角闭环控制模块连接，俯仰角闭环控制模块的输入端还输入当前机器人的俯仰角信号，俯仰角闭环控制模块输出端连接电机驱动控制模块，用于控制电机的速度。

所述数据采集模块包括数据采集仪、数字处理器。

所述数据采集包括3轴陀螺仪、3轴加速器、速度传感器、角度传感器。

所述机器人控制系统还包括主控制器、人机交互模块、摄像头模块，所述主控制器与人机交互模块、摄像头模块连接。